基于雙源CT雙能量掃描模式低管電壓聯(lián)合迭代重建診斷泌尿系結(jié)石的可行性

王思凱，代 平，楊 琴，斯光晏，楊 彬，何其舟

(西南醫(yī)科大學(xué)附屬中醫(yī)醫(yī)院放射科，四川 瀘州 646000)

泌尿系結(jié)石是泌尿外科常見(jiàn)病、多發(fā)病，發(fā)病率呈逐年上升趨勢(shì)[1]，主要影像學(xué)檢查有超聲、X線平片及CT等，后者近年來(lái)已成為診斷泌尿系結(jié)石的金標(biāo)準(zhǔn)[2]，但其帶來(lái)的射線暴露亦引起廣泛關(guān)注。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2015—2016年評(píng)估腎結(jié)石的平均CT輻射劑量相比2011—2012年有所下降，但仍遠(yuǎn)高于合理可實(shí)現(xiàn)水平[3]，如何盡量減少CT輻射劑量而保證圖像質(zhì)量符合臨床診斷要求仍是影像學(xué)研究的熱點(diǎn)。本研究評(píng)估采用雙源CT雙能量掃描模式低管電壓聯(lián)合正弦迭代重建(sinogram affirmed iterative reconstruction, SAFIRE)診斷泌尿系結(jié)石的可行性。

1 資料與方法

1.1 一般資料 收集2019年1月—2019年6月因疑診泌尿系結(jié)石而于西南醫(yī)科大學(xué)附屬中醫(yī)醫(yī)院接受全腹CT檢查的56例患者，男35例，女21例，年齡15～86歲，平均(51.9±13.6)歲。納入標(biāo)準(zhǔn)：體質(zhì)量指數(shù)(body mass index, BMI)<30 kg/m2。排除標(biāo)準(zhǔn)：病情危重、兒童、孕婦或計(jì)劃短期內(nèi)受孕者及哺乳期女性。本研究經(jīng)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)(批準(zhǔn)號(hào)：KY2019082)，患者檢查前均簽署知情同意書(shū)。

1.2 儀器與方法 采用Siemens Somatom Definition Flash二代雙源CT掃描儀，雙能量掃描模式，行全腹CT平掃，A、B球管電壓分別為80 kVp/Sn140 kVp，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)曝光劑量調(diào)節(jié)管電流，A、B球管參考管電流分別為419 mAs及162 mAs，轉(zhuǎn)速0.5 s/r，螺距0.7，準(zhǔn)直2×32×0.6 mm。記錄掃描時(shí)設(shè)備自動(dòng)生成的容積劑量指數(shù)(CT dose index volume, CTDIvol)和輻射劑量長(zhǎng)度乘積(dose-length product, DLP)。

1.3 圖像重建及分析 采用線性融合技術(shù)及權(quán)重因子(weighing factor, M)0.5對(duì)圖像進(jìn)行處理，即將50%的80 kVp和50%的140 kVp像素CT值進(jìn)行融合獲得融合圖像(120 kVp，A組)，并作為參考標(biāo)準(zhǔn)；調(diào)整M=1.0，獲得低管電壓(100%的80 kVp)圖像(B組)。A組采用濾波反投影重建(filter back projection reconstruction, FBP)，B組采用SAFIRE重建，迭代強(qiáng)度為3級(jí)。重建層厚和間距均為3 mm，窗寬300 HU，窗位40 HU。

由2名具有8年腹部影像學(xué)診斷經(jīng)驗(yàn)的主治醫(yī)師在不知曉重建方案的情況下閱片，觀察結(jié)石位置及數(shù)量，有分歧時(shí)與1名具有20年影像學(xué)診斷經(jīng)驗(yàn)的副主任醫(yī)師討論后決定。于Siemens后處理工作站同步測(cè)量腎實(shí)質(zhì)CT值及其標(biāo)準(zhǔn)差(standard deviation, SD)，取2名醫(yī)師測(cè)量平均值為最終結(jié)果；以SD代表圖像噪聲，計(jì)算腎實(shí)質(zhì)信號(hào)噪聲比(signal to noise ratio, SNR)，SNR=腎實(shí)質(zhì)CT值/SD；遇結(jié)石長(zhǎng)徑>3 mm時(shí)，將觀察視野擴(kuò)大至相同倍數(shù)后分別測(cè)量其CT值及最大長(zhǎng)徑，對(duì)多發(fā)結(jié)石選擇最大者進(jìn)行測(cè)量。

由上述醫(yī)師采用雙盲法對(duì)圖像質(zhì)量進(jìn)行評(píng)分，根據(jù)平均值進(jìn)行分析。首先對(duì)A組圖像進(jìn)行評(píng)分，1周后對(duì)B組圖像進(jìn)行評(píng)分。采用Likert 5分制評(píng)分法[4]：1分，解剖結(jié)構(gòu)及病灶模糊，偽影多，不能診斷；2分，圖像噪聲大，解剖結(jié)構(gòu)及病灶顯示不清，不易觀察細(xì)節(jié)；3分，大部分解剖結(jié)構(gòu)及病灶顯示尚清，少部分顯示欠清，輕度偽影，尚能評(píng)價(jià)；4分，解剖結(jié)構(gòu)、病灶及細(xì)節(jié)顯示較清楚，能進(jìn)行評(píng)價(jià)；5分，解剖結(jié)構(gòu)、病灶及細(xì)節(jié)顯示清晰，對(duì)比良好，無(wú)偽影，利于評(píng)價(jià)。圖像評(píng)分≥3分為符合臨床診斷要求，≤2分為不符合臨床診斷要求。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 采用SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)分析軟件。計(jì)量資料呈正態(tài)分布者以±s表示，否則以中位數(shù)(上下四分位數(shù))表示。采用配對(duì)t檢驗(yàn)比較組間結(jié)石CT值、腎實(shí)質(zhì)CT值、腎實(shí)質(zhì)噪聲及腎實(shí)質(zhì)SNR差異；以Wilcoxon檢驗(yàn)比較組間圖像質(zhì)量評(píng)分及結(jié)石大小的差異。采用Kappa檢驗(yàn)分析2名醫(yī)師對(duì)圖像質(zhì)量主觀評(píng)分的一致性，Kappa≤0.2為一致性差，0.21

2 結(jié)果

A、B組圖像均檢出189枚泌尿系結(jié)石，包括腎結(jié)石136枚、輸尿管結(jié)石51枚及膀胱結(jié)石2枚。2組均發(fā)現(xiàn)55例結(jié)石長(zhǎng)徑>3 mm。2組間結(jié)石大小、腎實(shí)質(zhì)噪聲及腎實(shí)質(zhì)SNR差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均>0.05)，結(jié)石CT值及腎實(shí)質(zhì)CT值差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均<0.05)，見(jiàn)表1。

表1 雙源CT雙能量掃描模式低管電壓聯(lián)合SAFIRE技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)管電壓聯(lián)合FBP技術(shù)顯示泌尿系結(jié)石相關(guān)參數(shù)及圖像評(píng)分比較

2名醫(yī)師對(duì)圖像質(zhì)量主觀評(píng)分一致性好(Kappa=0.64，P<0.01)。2組圖像質(zhì)量評(píng)分差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，見(jiàn)表1及圖1、2。

圖1 患者男，47歲，左輸尿管上段結(jié)石(箭) A.M=0.5融合圖像，圖像評(píng)分5分； B.M=1.0融合圖像，圖像評(píng)分5分

圖2 患者女，45歲，右腎多發(fā)結(jié)石(箭) A.M=0.5融合圖像，圖像評(píng)分5分； B.M=1.0融合圖像，圖像評(píng)分5分

56例患者CTDIvol 8.65～19.39 mGy，平均(12.28±2.38) mGy；DLP為267～915 mGy·cm，平均(530.86±119.25) mGy·cm。

3 討論

多層螺旋CT具有準(zhǔn)確、快速、無(wú)創(chuàng)、不受氣體干擾等優(yōu)點(diǎn)，可直觀顯示泌尿系結(jié)石的位置并測(cè)量其密度、大小、體積、與皮膚表面距離及角度等，并能對(duì)結(jié)石進(jìn)行紋理及成分分析；但檢查泌尿系結(jié)石需要掃描的范圍大、輻射劑量高，給受檢者、尤其年輕受檢者帶來(lái)一定危害[5]。目前臨床采用的降低輻射劑量方法包括降低管電壓及管電流、增大螺距及改變重建算法等，而降低管電壓會(huì)影響結(jié)石CT值，既往研究[6-7]多采用標(biāo)準(zhǔn)管電壓、降低管電流的掃描方案。X線輻射劑量與管電壓的平方成正比、與管電流呈線性正相關(guān)，因此，相比降低管電流，降低管電壓對(duì)于減少輻射劑量效果更佳。本研究評(píng)價(jià)基于雙源CT雙能量掃描模式低管電壓聯(lián)合SAFIRE技術(shù)診斷泌尿系結(jié)石的可行性。

二代雙源CT雙能量掃描可同時(shí)獲得高、低能量(140 kVp/80 kVp)圖像，其間圖像對(duì)比度及噪聲等特征存在明顯差異：80 kVp圖像對(duì)比度好，但噪聲較大；140 kVp圖像噪聲低，但對(duì)比度較差。雙能量CT可按照不同權(quán)重因子對(duì)高、低能量圖像進(jìn)行線性融合，獲得融合圖像，以平衡高、低kVp圖像的優(yōu)劣；以M=0.3對(duì)80 kVp和140 kVp圖像進(jìn)行線性融合，即將30%的80 kVp和70%的140 kVp像素CT值進(jìn)行融合，獲得的融合圖像近似于標(biāo)準(zhǔn)管電壓120 kVp單能量掃描圖像[8]。既往研究[9-10]報(bào)道，M=0.5時(shí)，圖像質(zhì)量?jī)?yōu)于M=0.3。BEHRENDT等[10]推薦以M=0.5進(jìn)行圖像融合。因此，本研究采用M=0.5圖像作為參考標(biāo)準(zhǔn)。

采用低管電壓將增加圖像的噪聲，降低圖像對(duì)比度。SAFIRE技術(shù)采用原始數(shù)據(jù)噪聲模型，即首先以FBP算法對(duì)投影數(shù)據(jù)進(jìn)行重建，將獲得的原始數(shù)據(jù)與基于系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)的光子和電子噪聲的理想噪聲模型進(jìn)行比較及迭代重建，以抑制和去除噪聲，降低噪聲和保持圖像銳利度；同時(shí)剔除其中部分圖像的線束偽影、環(huán)形偽影及硬化偽影等，以保持或提高空間分辨率，提高圖像的SNR和對(duì)比噪聲比[11-13]。本研究采用雙源CT雙能量掃描模式低管電壓聯(lián)合SAFIRE技術(shù)(B組)獲得的圖像質(zhì)量與標(biāo)準(zhǔn)管電壓聯(lián)合FBP技術(shù)(A組)圖像的腎臟噪聲和SNR差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，且圖像質(zhì)量評(píng)分差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，均≥4分，可滿足臨床診斷需求，表明SAFIRE技術(shù)可彌補(bǔ)低管電壓降低圖像質(zhì)量的不足。

本研究組間結(jié)石CT值和腎實(shí)質(zhì)CT值差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，B組結(jié)石和腎實(shí)質(zhì)CT值均高于A組，后者更明顯。X線穿過(guò)人體組織時(shí)發(fā)生衰減，主要與被曝光物質(zhì)的原子量和X線的光子能量級(jí)別有關(guān)，遇鈣等高密度物質(zhì)時(shí)衰減尤為明顯[14]。密度較低的腎實(shí)質(zhì)CT值隨X線能量變化不明顯，而密度較高的腎結(jié)石CT值隨X線能量變化顯著，此點(diǎn)有利于提高結(jié)石與腎實(shí)質(zhì)的對(duì)比度及微小結(jié)石和密度較低結(jié)石檢出率。結(jié)石CT值對(duì)臨床選擇治療方法有指導(dǎo)意義[15-16]。另外，本組2種圖像均檢出189枚結(jié)石，且結(jié)石大小差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，表明低管電壓聯(lián)合SAFIRE并不影響檢出結(jié)石的準(zhǔn)確性。

綜上，基于雙源CT雙能量掃描模式低管電壓聯(lián)合SAFIRE技術(shù)獲得的圖像質(zhì)量與標(biāo)準(zhǔn)管電壓聯(lián)合FBP技術(shù)相當(dāng)，對(duì)檢出泌尿系結(jié)石具有臨床應(yīng)用價(jià)值。本研究的主要局限性：①由于雙源CT機(jī)未分別給出能量80 kVp和120 kVp的輻射劑量相關(guān)指標(biāo)，無(wú)法比較2組輻射劑量的差異；②未觀察不同管電壓掃描條件下結(jié)石CT值與臨床治療方法的相關(guān)性。